치과드릴 구동용 신 소형 2축 및 3축형 증속기어 강도특성 비교 = Strength Analyses of New 2- and 3-Axis-Type Small Multiplying Gears in Dental Hand-Pieces

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Two types of very small multiplying gears and arrays have been developed for new dental hand-pieces, and the increased speed ratios, modules, number of teeth, gear diameters, and gear types were calculated based on the dynamics of the machinery. The contacting and bending strengths were evaluated for gear teeth with two design concepts using AGMA equations and finite element analyses, and the contacting stresses on teeth with and without DLC (diamond-like-carbon) coating layers were calculated. Fatigue and tension tests were performed to obtain an S-N curve, the Young's modulus, and the strength of the gear material, and these were utilized in the analyses. Slightly larger stresses were found for 2-axis-type gears than for other types of gears, and the S-N curves showed that a gear lifetime of 109 cycles was satisfied. The contacting stresses in gears coated with DLC were reduced by 30%. A new prototype model of a hand-piece with small gears was successfully fabricated and tested.

국문 초록 (Abstract)

치과 드릴치료기기 내부에 장착되는 신개념 소형 증속기어 및 그 배열의 2가지 개념설계안을 도출하고, 증속비, 모듈, 이의 수, 기어지름, 기어의 형태를 기구학적 계산으로 했으며, 이 두 형태의 증속기어열에 대해서 이의 접촉과 굽힘 강도특성을 AGMA식과 유한요소해석으로 분석하고, DLC 재료를 이에 코팅했을 때의 접촉강도를 계산하였다. 또한 기어재료에 대한 피로강도시험 및 인장시험을 수행하여 강도해석에 활용하였다. 3축방식보다 좀더 단순한 2축방식의 2번 맞물린 기어에 약간 더 큰 응력이 발생했으며, 피로해석 결과를 S-N 선도와 비교할 때 요구되는 수명을 만족함을 알 수 있었다. 고경도의 DLC 코팅된 기어의 접촉응력이 동일한 기어에서 그렇지 않은 기어에 비해 약 30% 정도 감소하여서 이 표면의 코팅이 중요함을 알 수 있다. 이러한 연구결과를 기초로 초소형 2축방식의 기어열과 핸드피스를 시제작하여 작동성능을 평가하였다.